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1、 電磁感應定律的綜合應用 電磁感應與力學問題的綜合，其聯(lián)系的橋梁是磁場對感應電流的 在電磁感應現(xiàn)象中，切割磁感線的導體或磁通量發(fā)生變化的回路產(chǎn)生感應電動勢，該導體或回路相當于，其余部分相當于 無論是使閉合回路的磁通量發(fā)生變化，還是使閉合回路的部分導體切割磁感線，都要消耗其他形式的能量，轉化為回路中的 這個過程不僅體現(xiàn)了能量的轉化，而且轉化過程中能量安培力安培力電源電源外電路外電路電能電能守恒守恒 考點一電磁感應中的電路問題 1求解電磁感應中電路問題的關鍵 求解電磁感應中電路問題的關鍵是分析清楚內(nèi)電路和外電路“切割”磁感線的導體和磁通量變化的線圈都相當于“電源”，該部分導體的電阻相當于內(nèi)電阻，而
2、其余部分的電路則是外電路 2幾個概念 (2)電源內(nèi)電路的電壓降：UrIr，r是發(fā)生電磁感應現(xiàn)象的導體上的電阻(解題中常常涉及r的穩(wěn)定性) (3)電源的路端電壓U：UIREUrEIr(R是外電路的電阻) 3解決此類問題的基本步驟 (1)用法拉第電磁感應定律計算感應電動勢的大小，用楞次定律或右手定則確定感應電動勢方向 (2)畫等效電路：感應電流的方向是電源內(nèi)部電流的方向 (3)運用閉合電路歐姆定律，結合串、并聯(lián)電路規(guī)律以及電功率計算公式等各關系式聯(lián)立求解 【技巧提示】某電阻兩端的電壓、路端電壓和電動勢三者的區(qū)別： (1)某段導體作為外電路時，它兩端的電壓就是電流與其電阻的乘積 (2)某段導體作為電
3、源時，它兩端的電壓就是路端電壓，等于電流與外電阻的乘積，或等于電動勢減去內(nèi)壓當其電阻不計時，路端電壓等于電源電動勢 (3)某段導體作為電源，斷路時電壓等于電動勢 【案例1】(2010福建理綜)如圖所示，兩條平行的光滑金屬導軌固定在傾角為的絕緣斜面上，導軌上端連接一個定值電阻導體棒a和b放在導軌上，與導軌垂直并良好接觸斜面上水平虛線PQ以下區(qū)域內(nèi)，存在著垂直穿過斜面向上的勻強磁場現(xiàn)對a棒施以平行導軌斜向上的拉力，使它沿導軌勻速向上運動，此時放在導軌下端的b棒恰好靜止當a棒運動到磁場的上邊界PQ處時，撤去拉力，a棒將繼續(xù)沿導軌向上運動一小段距離后再向下滑動，此時b棒 已滑離導軌當a棒再次滑回到磁場
4、上邊界PQ處時，又恰能沿導軌勻速向下運動已知a棒、b棒和定值電阻的阻值均為R，b棒的質量為m，重力加速度為g，導軌電阻不計求： (1)a棒在磁場中沿導軌向上運動的過程中，a棒中的電流強度Ia與定值電阻R中的電流強度IR之比； (2)a棒質量ma； (3)a棒在磁場中沿導軌向上運動時所受的拉力F. 【解析】(1)a棒沿導軌向上運動時，a棒、b棒及電阻R中的電流分別為Ia、Ib、IR，有 (2)由于a棒在PQ上方滑動過程中機械能守恒，因而a棒在磁場中向上滑動的速度大小v1與在磁場中向下滑動的速度大小v2相等，即v1v2v. 設磁場的磁感應強度為B，導體棒長為L.a棒在磁場中運動時產(chǎn)生的感應電動勢為
5、 EBLv， 當a棒脫離磁場沿斜面向上運動時 【即時鞏固1】(2008廣東高考)如圖(a)所示，水平放置的兩根平行金屬導軌，間距L0.3 m，導軌左端連接R0.6 的電阻，區(qū)域abcd內(nèi)存在垂直于導軌平面B0.6 T的勻強磁場，磁場區(qū)域寬D0.2 m，細金屬棒A1和A2用長為2D0.4 m的輕質絕緣桿連接，放置在導軌平面上，并與導軌垂直，每根金屬棒在導軌間的電阻均為r0.3 ，導軌電阻不計使金屬棒以恒定速度v1.0 m/s沿導軌向右穿越磁場，計算從金屬棒A1進入磁場(t0)到A2離開磁場的時間內(nèi)，不同時間段通過電阻R的電流強度，并在圖(b)中畫出 【答案】見解析 考點二電磁感應與力學綜合問題中
6、運動的動態(tài)結構和能量轉化特點 1運動的動態(tài)結構 2能量轉化特點 3安培力在不同情況下的作用 (1)若磁場不動，導體做切割磁感線的運動，導體所受安培力與導體運動方向相反，此即電磁阻尼在這種情況下，安培力對導體做負功，即導體克服安培力做功，將機械能轉化為電能，進而轉化為焦耳熱 (2)若導體開始時靜止，磁場(磁體)運動，由于導體相對磁場向相反方向做切割磁感線運動而產(chǎn)生感應電流，進而受到安培力作用，這時安培力成為導體運動的動力，此即電磁驅動在這種情況下，安培力做正功，電能轉化為導體的機械能 【技巧提示】在利用能量的轉化和守恒解決電磁感應中的問題時，要分析安培力的做功情況，即安培力在導體運動過程中是做正
7、功還是做負功另外，參與能量轉化的能量形式要考慮周全，哪些能量增加哪些能量減少也要考慮準確 4電磁感應綜合問題中的兩個研究對象及其相互制約關系 【技巧提示】電磁感應中切割磁感線的導體要運動，產(chǎn)生的感應電流又要受到安培力的作用在安培力作用下，導體的運動狀態(tài)發(fā)生變化，這就可能需要應用牛頓運動定律電磁感應的過程也是能量相互轉化的過程所以，在分析解決電磁感應問題時，經(jīng)常要用到動能定理、能量守恒定律 【案例2】(2010上海高考)如圖，寬度L0.5 m的光滑金屬框架MNPQ固定于水平面內(nèi)，并處在磁感應強度大小B0.4 T，方向豎直向下的勻強磁場中，框架的電阻非均勻分布將質量m0.1 kg，電阻可忽略的金屬
8、棒ab放置在框架上，并與框架接觸良好以P為坐標原點，PQ方向為x軸正方向建立坐標金屬棒從x01 m處以v02 m/s的初速度，沿x軸負方向做a2 m/s2的勻減速直線運動，運動中金屬棒僅受安培力作用求： (1)金屬棒ab運動0.5 m，框架產(chǎn)生的焦耳熱Q； (2)框架中aNPb部分的電阻R隨金屬棒ab的位置x變化的函數(shù)關系； 【技巧點撥】解答此類題目要抓住各個物理過程中的功能轉化關系，特別是每個力做功對應著什么樣的能量轉化，如重力做功是線框動能和重力勢能間的轉化，空氣阻力做功是機械能向內(nèi)能轉化，安培力做負功是將機械能轉化為電能進而轉化為焦耳熱，安培力做正功是電能轉化為機械能，然后由能量守恒定律
9、(或動能定理)列式解答 【即時鞏固2】(2010天津理綜)如圖所示，質量m10.1 kg，電阻R10.3 ，長度l0.4 m的導體棒ab橫放在U形金屬框架上框架質量m20.2 kg，放在絕緣水平面上，與水平面間的動摩擦因數(shù)0.2.相距0.4 m的MM、NN相互平行，電阻不計且足夠長電阻R20.1 的MN垂直于MM.整個裝置處于豎直向上的勻強磁場中，磁感應強度B0.5 T垂直于ab施加F2 N的水平恒力，ab從靜止開始無摩擦地運動，始終與MM、NN保持良好接觸當ab運動到某處時，框架開始運動設框架與水平面間最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，g取10 m/s2. (1)求框架開始運動時ab速度v的大??；
10、 (2)從ab開始運動到框架開始運動的過程中，MN上產(chǎn)生的熱量Q0.1 J，求該過程ab位移s的大小 【解析】(1)ab對框架的壓力 F1m1g， 框架受水平面的支持力 Nm2gF1， 依題意，最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，則框架受到最大靜摩擦力 F2N， ab中的感應電動勢 EBlv， MN受到的安培力 F安IlB， 框架開始運動時 F安F2， 由上述各式代入數(shù)據(jù)解得 v6 m/s.【答案答案】(1)6 m/s(2)1.1 m 考點三 電磁感應中的圖象問題 這些圖象問題大體可分為兩類：由給出的電磁感應過程選出或畫出正確的圖象；由給定的有關圖象分析電磁感應過程，求解相應物理量不管是哪種類型，電磁
11、感應中的圖象問題常利用右手定則、楞次定律和法拉第電磁感應定律等規(guī)律分析解決 電磁感應現(xiàn)象中圖象問題分析的關鍵是：抓住磁通量的變化是否均勻，從而推知感應電動勢(電流)是否大小恒定；用楞次定律判斷出感應電動勢(或電流)的方向，從而確定其正負以及在坐標中的范圍 解決此類問題的一般步驟： (1)明確圖象的種類，看是B t圖還是t圖，或是E t圖、I t圖等 (2)分析電磁感應現(xiàn)象的具體過程 (3)結合法拉第電磁感應定律、歐姆定律、牛頓運動定律等規(guī)律寫出函數(shù)方程 (4)根據(jù)函數(shù)方程，進行數(shù)學分析，如分析斜率的變化、截距等 (5)畫圖象或判斷圖象 【案例3】(2010上海高考)如右圖，一有界區(qū)域內(nèi)，存在著
12、磁感應強度大小均為B，方向分別垂直于光滑水平桌面向下和向上的勻強磁場，磁場寬度均為L.邊長為L的正方形線框abcd的bc邊緊靠磁場邊緣置于桌面上使線框從靜止開始沿x軸正方向勻加速通過磁場區(qū)域，若以逆時針方向為電流的正方向，能反映線框中感應電流變化規(guī)律的是圖()【答案答案】A、C 【即時鞏固3】(2009遼寧、寧夏理綜)如圖所示，一導體圓環(huán)位于紙面內(nèi)，O為圓心環(huán)內(nèi)兩個圓心角為90的扇形區(qū)域內(nèi)分別有勻強磁場，兩磁場磁感應強度的大小相等，方向相反且均與紙面垂直導體桿OM可繞O轉動，M端通過滑動觸點與圓環(huán)良好接觸在圓心和圓環(huán)間連有電阻R.桿OM以勻角速度逆時針轉動，t0時恰好在圖示位置規(guī)定從a到b流經(jīng)電阻R的電流方向為正，圓環(huán)和導體桿的電阻忽略不計，則桿從t0開始轉動一周的過程中，電流隨t變化的圖象是()【答案答案】C
高考物理一輪專題 電磁感應定律的綜合應用突破課件 魯科版
